《Nature》重要突破：一种新型3D打印技术！

国际顶刊《Nature》介绍了一种新型3D打印技术，仅需几秒，就可实现高区分率打印。发文的同时，《Nature》杂志编辑对此宣布了评论，高度赞扬了该技术的先进性和优越性。

目前，增材制造的应用规模正在迅速扩大，包括运动鞋部件、牙科陶瓷和航空航天部件的大规模生产，以及微流体、医疗设备和人工器官的制造。所使用的光诱导增材制造技术，由于其高度的时空控制而尤为乐成，但这些技术仍然具有点状或层状生成的配合问题，如立体光刻、激光粉末床熔化、连续液体界面生产及其衍生品。而立体3D打印，是连续增材制造要领下一步的偏向。

近日，来自德国勃兰登堡应用科学大学的Martin Regehly & 德国洪堡大学的Stefan Hecht等研究者，介绍了xolography，一种双色技术，利用差别波长的交叉光束在线性引发下，利用可光开关的光引发剂，诱导受限单体立体内的局部聚合。相关论文以题为“Xolography for linear volumetric 3D printing”今天宣布在顶级期刊Nature上。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-3029-7

在此，研究者提出了一种立体3D打印工艺，在该工艺中，整个树脂立体的结构被保存，庞大的多组分物体是由周围的粘性流体基质制造和稳定的。与基于薄片的要领差别，悬垂特征的支撑结构需要精细的后处理，不再需要了，与层界面相关的各向异性消失了，软弱的软物体可以凝固。这种要领代表了一个完整系统的一步制造，不需要后期装配，但仍然包括移动部件。

到目前为止，两种差别的基于光的立体丈量技术获得了最多的关注。为了制造高区分率的微标准物体，双光子光聚合是最先进的技术，并且已经实现了特征尺寸在100纳米以下的物体。一个主要的限制是立体爆发率，通常远低于1-20 mm3h-1，这是由于潜在的非线性吸收历程硬化树脂空间中的局部立体。

关于宏观物体的立体增材制造，需盘算轴向光刻旋转均匀的树脂立体，同时多个图像以确定的角度投射到目标质料。袒露的叠加层导致形成自由基的累积剂量漫衍，在30-120秒内固化厘米巨细的物体，并使其他区域低于聚合阈值。该技术需要树脂的非线性响应来界说阈值，目前它是由氧抑制历程介导的。据报道，打印物体的区分率为300μm，在打印历程中，由于光线穿过部分或已经聚合的区域，造成剂量波动。最近，优化和包括了一个反响系统，试图在第二次打印同一物体时赔偿这些影响，结果获得80-μm阳性和500-μm阴性的特征尺寸。

在此，研究者通过使用两束相交的差别波长的光，固化局部区域来消除上述非线性。这种要领被称为双色光聚合(DCP)，是Swainson早期提出的。固化是由加入到树脂中的双色光引发剂介导的，光引发剂被第一波长激活，而对第二波长的吸收要么(1)引发光聚合，要么(2)抑制光聚合。

此文中，研究者用一台立体打印机演示了上述看法，该打印机可以生成具有庞大结构特征以及机械和光学功效的三维物体。与最先进的立体3D打印要领相比，该技术的区分率约为无反响优化的盘算轴向光刻的10倍，立体爆发速率比双光子光聚合高4-5个数量级。该3D技术允许以最高25微米的特征区分率和最高55立方毫米/秒的凝固速度打印固体物体，同时可以打印出毫米到厘米巨细、具有微米巨细特征的物体。它依赖于由两束光线交汇引发的化学反应。甚至该技术，仅需几秒钟，就可以完成一次高区分率的3D打印。

图1 Xolography 3D打印技术。.png

图1 Xolography 3D打印技术。

图2立体数字制造。.png

图2立体数字制造。

图3 高区分率物体特征的表征。.png

图3 高区分率物体特征的表征。

综上所述，研究者介绍了一种基于分子光开关，不需要任何非线性化学或物理历程的立体双色3D打印技术。这是一种很是灵活的要领，可以用现成的、具有本钱效益的组件来实现。本文中的xolography，将增进从光引发剂和质料生长转向投影和光片技术的研究领域，以及大宗依赖于快速、高区分率的立体3D打印的应用。

尊龙凯时

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